运动控制将汽车发展推往新方向(下)

　　瑞萨业务发展总监Amrit Vivekanand观察到了第一代电动汽车设计正显著向着第二代设计转移。Vivekanand 说，“第一代设计中，成本对于汽车厂商来说不是太大问题，虽然也一直是个问题。那时候产量较小，面市时间、打造环保的形象更重要。这些系统不是为马达控制优化的，更别提混合动力车应用了。”

　　2016-2018年将是一个新的时代，行业关注的重点朝着更大众市场的产品转化。这使得汽车厂商不得不问一些跟系统有关的问题。Vivekanand问到：“如何降低成本？如何提高效率？如何降低电池的尺寸？如何尽可能高效地转换能量？”

　　Vivekanand注意到第一代到第二代计标准的设策略方面有了显著的变化。他说，“第一代全部是关于安全控制马达，这是首要的关注点，但现在已经变成了效率的问题。现在，马达控制已经非常成熟，可以确保能量转化效率，解决系统设计折衷的问题。”

　　飞思卡尔半导体为一级供应商和OEM提供用于马达控制的微控制器技术。飞思卡尔半导体微控制器不恩运营经理 Steven Rober说，“现在为止，飞思卡尔和其他厂商一直在重用那些用于悬架控制和动力总成中微控制器设计。”未来，飞思卡尔计划采用更加全面的系统方案。

　　飞思卡尔下一代55nm的微控制器将支持相关的定制外围设备，确保能够通过电流测试和控制驱动三项马达悬架来控制设备，并把这些能力和动力总成的高输出微指令和高存储内容结合起来。Rober希望这些变化能够提升控制信号，兼容更复杂的控制算法，改进系统的可控性并降低成本。

　　Rober预计，很多低端和中端汽车都会采用电子控制系统设计，以控制IC引擎和牵引马达。他说，“我们55nm微控制器正在结合存储、吞吐量和控制外围器件来实现这些设计。”TI最近也发布了用于混合动力车和非汽车应用的双子系统C2000 Concerto微控制器，这一系列结合了C28x内核和ARM Cortex-M3讷河，实现实时控制和连接。

　　TI C2000 MCU市场经理Michael Wei表示，C2000在汽车控制和数字马达控制方面扮演着重要角色。“我们的价值来自交流感应马达，我们有这样的能力。”

　　TI认为电动车和混合动力车的马达控制未来的一个变化是，汽车系统的安全标准ISO 26262对汽车提出了更多更广泛的安全需求。

　　TI安全MCU部门市场经理Anthony Vaughan 说，“TMS 470M和C2000能很好地配合实现马达控制驱动。”这种架构下，TMS 470M提供安全功能，客户前一代的系统使用C2000实现电动马达控制。下一代系统，用户会加上TSM470M。例如所有的存储都有ECC（纠错码）做保证，确保能检测出单一字节的错误并及时纠正。”

　　产品能用于动力系统应用的厂商就可能延伸到混合动力汽车和电动车的马达控制中。例如，Mcirosemi的产品市场经理Minal Sawent说，Microsemi通过收购Actel获得了经过AEC Q100 认证的产品，可以用于动力总成应用的设计中。

　　最新的SmartFusion产品包括带有ARM Cortex-M3的硬核FPGA和可编程模拟技术。马达控制开发套件帮助用户了解其马达控制应用方面的能力，这些产品虽然还没有经过汽车认证，Microsemi未来将争取获得认证。

真正的能量

　　逆变器中的功率半导体设备直接和永磁马达、感应马达和其他电动车或混合动力车的马达接触，逆变器把电池里直流的能量转换成带动马达所需的交流电。

　　英飞凌北美地区混合和电动汽车技术市场区域经理Carl Bonfiglio说，“让逆变器更有效率对电池尺寸有直接影响。”

　　Bonfiglio发现，汽车厂商对功率等级的要求已经达到了相当的高度，“我们不觉得他们会持续提升逆变器的功率，而是应该减小逆变器功率。”

　　在美国加州阿纳海姆召开的SAE 2011电动及混合动力汽车动力电机技术论坛上，英飞凌汽车电子部总裁Jochen Hanebeck探讨了功率半导体技术对未来电动车和混合动力车带来的变化。

　　Hanebeck表示，和今天200°C运行结温的标准技术比，寿命不变的情况下，同等单位硅面积上增加60%以上的输出功率，同等输出功率下寿命增加500%以上都是有可能的。另外一个选择是将硅片面积降低40%，同样寿命和输出功率下，耐温更高，消除低温散热装置(图5)。

　　栅极驱动IC的改进对系统有和大的好处。能够快速诊断不同的错误情况，采取措施和主控MCU通信以确保当下有可靠的响应。Bonfiglio 说，“整个行业都在对诊断需求不高的场合使用了原来为工业马达控制开发的栅极驱动IC。”

　　单是通过车载自动诊断系统（OBD）还不足以推动这些进步。通过改进，现在的方法可以优化并实现耕地的成本，同时降低系统复杂性。TT电子为Protean Electric的IWM开发了定制的微逆变器/模块。TT Electronics 的全球技术总监 Stevbe Jones看到了集成轮式电子驱动系统的巨大优势，包括为更大型的SUV汽车提供足够的功率和扭矩，节省车内的封装空间。他也曾参与了替代马达和半导体技术的工作。

　　Jones说，“我们发现混合动力车的感应控制很有趣，汽车通过市电和已经无处不在的内燃机驱动，这一改变能有助于快速面市。”

　　在电动车/混合动力车市场中，TT electronics实施并开发了好几种技术。Jones说，“SiC器件的使用，兼容的封装能提供很多应用优势，包括更高的功率密度、更低的开关损耗、更高的运行频率和温度。”

　　马达的替代技术和先进的半导体器件当然不是未来电动车和混合动力车改变的唯一潜力所在。根据loxus公司的工程副总裁Dave Torrey的说法，马达驱动是整个汽车系统之中能够得益于超级电容的一部分，超级电容能够在加速的条件下补充电池的电压。

　　Torrey说，“如果你有超级电容，你就有了电池和超级电容组成的混合动力能量系统，超级电容能够成为动力。“

正确的方向

　　汽车厂商正朝着更低的能源消耗、更高的电力驱动范围和更长的充电周期而发展。为了引领方向，他们需要能够提供相应技术的供应商，千里之行，始于足下。

　　Ansys的Stanton说，“我仍认为整个混合动力市场仍处在起始阶段，对我来说就好象是100年前的西部的汽车市场。小的供应商和OEM都在各自的车库里想方设法推出新的马达和设计，并努力销售到汽车行业。”